关键词： 有机垃圾处理   翻抛机   机械设计   电气控制   故障诊断  

摘要： 近年来,我国畜牧业以及餐饮业发展迅速,人民生活质量得到大幅提高,而其产生的有机垃圾未得到及时有效的处理,从而造成了空气、土地以及水源的污染。同时,有机垃圾的堆积,不仅造成了细菌的滋生,还增加了疾病传播的可能性。在国家大力提倡可持续发展以及废物利用的背景下,如何将有机垃圾进行有效处理从而使其直接成为作用于农田的有机肥料是实现资源可持续发展和废物再利用亟待解决的问题。有机垃圾翻抛机作为有机垃圾发酵翻抛处理的关键设备,其直接影响着有机肥的生产质量。然而,目前国内的有机垃圾翻抛机大多数需要进口或者仿制,其设备价格高昂,不利于大量推广。因此,本文针对有机垃圾槽式发酵翻抛机展开综合设计:首先,根据有机垃圾制作有机肥前期的生产工艺对翻抛机的功能进行需求性分析,对现有的有机垃圾翻抛机的产品进行调研并进行方案对比,确定有机垃圾翻抛机的机械结构以及电气控制系统方案。进一步的,为保障有机垃圾翻抛机能够长期稳定的运行,分析主要故障点,进而提出故障诊断方案。其次,根据提出的方案,对机械结构部分进行了较为详细的计算以及选型;通过分析翻抛机的功能需求,对翻抛机的运动机构以及执行机构进行了设计,完成了主要零部件的参数设计以及功率选型。然后,通过分析翻抛机生产工序以及动作逻辑,确定了翻抛机电气控制系统的总体架构,完成了翻抛机控制系统的选型、电气原理图设计、控制电路设计和PLC控制模块的设计,最后对控制程序进行了仿真。最后,由于有机垃圾翻抛机长期工作在腐蚀性较高以及扬尘较多的环境中,虽然其机械结构发生故障的概率比较低,但是,其重要零部件轴承极易发生故障。通过故障分析,对有机垃圾翻抛机进行滚动轴承故障诊断模型设计,并进行了参数优化,最后,通过与多层感知机、卷积神经网络、普通的卷积神经网络集成长短时记忆网络模型的对比试验,检验了本文设计模型的合理性,符合本工程的应用。

关键词： 机械设计制造   自动化技术   节能理念   渗透路径  

摘要： 近年来,我国机械制造行业快速发展,自动化技术在机械设计制造的过程中受到广泛应用,促进了机械设计制造水平的提升。然而,部分企业在机械设计制造与自动化技术应用过程中存在能源消耗过高的问题,不利于自动化技术的良好应用。基于此,本文分析了机械设计制造及自动化技术中节能理念的渗透价值,并提出几点节能理念的渗透建议,旨在为机械设计制造及自动化技术的节能环保发展提供帮助。

摘要： 人工智能技术作为21世纪广受关注的核心突破性技术,广泛应用于各类智能产品、智能工具与智能系统上,不仅使大众的生活更加舒适和便利,而且显著地提高了社会整体的工作效率与任务效能。同时,随着工业社会高速发展,人工智能技术也为机械产品生产、机械设计制造等领域带来了极大的经济效益与技术成就。

关键词： 柔性作业车间调度   遗传算法   粒子群算法   强化学习   变邻域搜索  

摘要： 随着工业化和信息化的深度融合,传统制造业正面临着深刻变革,车间调度问题作为一个典型的NP-难问题则更加备受关注。基于群智能的元启发式方法在求解车间调度问题上取得了不错的效果,但该类算法的参数大都需要预先设置,无法根据所求解问题的特征进行自适应调整,从而影响求解质量。近年来,将强化学习与传统的元启发式算法相结合来解决复杂组合优化问题成为了一个热门研究方向。群智能搜索算法能够对复杂问题的解空间进行快速搜索,得到高质量的解,而强化学习算法能够感知环境变化,通过训练来学习到如何根据环境为下一步执行选择合适的动作。本文结合强化学习和群智能算法的各自特点,研究了如何基于强化学习实现群智能算法的参数自适应调整,设计用于求解柔性作业车间调度问题的混合算法。完成的主要工作包括以下几方面的内容:(1)分析了柔性作业车间调度方法研究现状和发展历程,针对固定参数的群智能调度算法适应性不强的问题,确立了使用强化学习实现调度算法参数自适应调整的研究思路。(2)设计了基于强化学习与群智能调度算法的串行组合模式和嵌入组合模式,按照嵌入组合模式设计了基于强化学习的参数自适应混合调度算法,给出了参数自适应调整策略、种群初始化、变邻域搜索等模块的具体流程和各个模块之间的组合结构。(3)选择了群智能搜索中仿生物进化的遗传算法和仿群集行为的粒子群算法,对混合调度算法的编码、解码、仿生操作以及基于强化学习的参数自适应调整策略进行详细设计,给出了强化学习环境中状态集、动作集、奖励函数和动作选择策略的设置方法,建立了用于求解柔性作业车间调度问题的两类典型混合算法。(4)在经典数据集上进行仿真试验,选择代表性的评价指标分析测试结果。测试结果表明本文所实现的两类典型混合算法在求解柔性作业车间调度问题上优于其它对比算法,收敛速度更快,求解质量也更高。

关键词： Agent   深度强化学习   合同网协议   多目标优化   柔性作业车间调度  

摘要： 在多样化、个性化的消费趋势下,制造模式往多品种、小批量转变,传统的静态式调度方法已经无法适应动态多变的车间环境。而基于多Agent系统(Multi-Agent System,MAS)的方法为制造系统的建模和调度方法的研究提供了一种全新的思路。在MAS中,人员、物料、任务等都被定义为具有自主决策能力的Agent,Agent可以独立或者与其他Agent合作完成任务。由于Agent固定、单一决策的局限性,无法在动态多变的调度环境中一直取得较好的结果。同时,传感器技术的发展使车间变成了一个数据丰富的环境。因此,基于多Agent建立柔性作业车间动态调度模型,基于深度强化学习利用车间丰富的数据对提高制造系统的自组织能力、异常事件处理能力、自我学习能力有着重要的意义。本文主要的研究内容如下所示: 首先,构建了柔性作业车间动态调度系统的物理框架并阐述了其运行机制,构建了工件信息传输和设备信息传输的通信网络,建立了面向柔性作业车间的多Agent动态调度模型,为车间调度系统提供了底层数据支持。 其次,研究了复杂任务分解策略和熟人划分策略,并提出感知系数、可信度、活跃度、友好度的概念对经典合同网协议进行改进,为多目标动态调度模型提供了信息支撑。研究多类型异常事件的自适应处理策略,提高了调度系统的扰动处理能力。 然后,以最小完工时间、降低机床总负载、平衡设备负载为目标,建立了多目标动态调度模型,提出了一种具有复合奖励函数的CNP-DQN动态调度算法,改善了传统车间调度方法单目标优化和不具备自我学习能力的缺点。 最后,搭建了软硬件实验平台,通过对比实验和扰动实验验证了基于Agent和深度强化学习的柔性作业车间动态调度方法的适用性。

关键词： 双资源约束   绿色柔性作业车间   改进NSGA-Ⅲ   PBI距离  

摘要： 在全球市场竞争和细分加剧的当下,制造型企业必须要具备柔性化的生产系统和制定科学、有效的生产调度计划,才能实现对市场需求变化的快速反应和生产高度可定制产品。而在国内节能减排政策逐步推行和用工成本不断上涨的新形势下,企业就内部的有限的生产资源,在尽可能低的能源消耗下,实现最大化产出成了企业生产管理的难题,也对企业调度方案的制定提出了更高的要求,因此包含机器和工人双重约束的柔性作业车间调度问题(Double Resource Constrain Flexible Job-shop Scheduling Problem,DRC-FJSP)得到越来越多的关注。 本文在现有DRC-FJSP研究的基础上,不但考虑了工人在机器间的移动时间,还通过对车间内各部分的能源消耗进行分析,从而提出了以最大完工时间、瓶颈机器负荷和车间内总能源消耗为目标的多目标DRC-FJSP模型。其次针对构建的模型,本文提出了一种基于三段式编码的改进NSGA-Ⅲ。在生成初始种群时,采用混合初始化的方法形成高质量的初始种群,加快算法搜索效率;引入了外部精英库来储存优良个体,避免精英个体在迭代过程丢失的同时加速算法收敛;在产生新一代种群时,通过基于惩罚的边界相交(Penalty-Based boundary Intersection,PBI)距离的选择策略代替原始算法中的小生境保留策略,兼顾了算法的收敛性和多样性;嵌入基于关键路径的邻域搜索算法,通过利用不同的邻域结构对不同目标进行搜索,从而加强遗传算法的局部搜索能力。 最后,本研究基于Matlab平台,以Brandimarte标准算例为基础,通过添加加工能耗,工人移动时间和机器启动能耗等信息,形成了本文的算例MK01-MK10。其次,在使用正交实验法来确定算法的相应参数后,以IGD和HV为评价指标,分析了本文提出的初始化种群策略、PBI选择策略和邻域搜索结构等改进措施的有效性,并将本文的改进算法与NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ、SPEA-Ⅱ和Gr EA进行对比,实验结构表明对于不同大小的DRC-FJSP的测试集,特别是在大规模的复杂问题上,本文提出的改进NSGA-Ⅲ都能够获得相对较好的调度方案,最后以某制造型企业实际生产数据进行仿真分析,验证了本文提出的改进NSGA-Ⅲ在解决实际生产过程中的DRC-FJSP的有效性和可行性。

关键词： 激光切割头   机械设计   焦点漂移   动态补偿  

摘要： 当前，激光切割数控机床的激光器装机功率已经进入超高功率时代，伴随着激光束能量密度的提高，激光切割头内部光路系统出现急剧恶化的焦点漂移问题，导致其不同材料、不同厚度、不同速度切割时频繁出现焦点位置“调不准”、“稳不住”现象，难以满足重型工业、国防军工、造船、航空航天等行业对大厚度板材高切割质量的需求。本文以解决超高功率激光切割头焦点漂移的动态补偿问题为出发点,开展自适应调焦超高功率激光切割头设计，主要内容如下：　　1、根据激光切割数控系统的研究现状，基于边缘计算提出了“光机电算”一体化新型系统架构。首先分析设计了激光切割头整体的机械结构和内部光学结构，对比分析不同调焦方式的光学系统结构，确定了移动准直镜调整焦点位置调焦方式。最终分析设计了激光切割头控制系统功能，实现了控制系统对健康参数的监测以及具备了以太网和无线的通信能力。　　2、基于光机热集成分析方法原理，利用COMSOL对激光切割头内部光学系统结构进行热仿真建模，对激光切割头内部光路透镜受到超高功率强激光辐照产生面型的热致畸变、折射率的梯度分布变化和光学与机械支撑构件之间导热换热导致的装配结构热变形进行了综合分析，获得了激光切割头在切割过程中由于内光路结构温度变化所致的焦点位置漂移规律。　　3、根据激光切割头内光路系统的温度传感器通信及数据处理特性，设计了多源温度传感器监测系统。基于D-S证据理论数据模型，研究了多源传感器采集的温度决策方法。经过数据分析，获得对焦点位置影响较大的准直镜温度采集参数与焦点漂移量之间的闭环调焦控制策略。　　4、通过准直镜模块驱动控制设计，实现了对焦点的自动化控制。选用德国Trinamic公司的TMC5160电机控制芯片，根据激光切割头内部透镜的控制应用需求，对其硬件驱动电路和驱动程序进行设计。建立了准直镜位移与焦点位移、准直镜温度与焦点漂移量之间的函数关系，开发了自适应调焦闭环控制程序。最终利用与企业联合开发的激光切割头样机，进行实际装机的切割工艺测试，验证了预期的自适应调焦技术效果。

关键词： CAD机械设计   课改   问题   措施  

摘要： 本文统计了近10年东北三省高考高职专科录取最低分数情况，分析了当前高职教育教学所面临的学情。如何针对现阶段的高职教育生源结构特点，组织实施好课程教学，确保教育教学质量，是摆在高等职业教育工作者面前的一个挑战。通过对兄弟院校教师咨询调查，《CAD机械设计》课程教师普遍认为当前高职《CAD机械设计》课程教学实施较难，学生学习兴趣不高，教学整体效果欠佳等。通过问卷调查显示，学生也将《CAD机械设计》课程列为不受欢迎的课程之一。对此，笔者与兄弟院校同行组成课程建设小组，借鉴齐齐哈尔工程学院曹永安教授、吉林铁道职业技术学院王佳副教授、上海应用技术大学李国娟教授等职业教育专家学者的理念，就《CAD机械设计》课程进行了有针对性的一系列教育教学改革设计，经过实践，从学生及格率、平均分以及学生满意度等方面初步验证了教育教学改革的有效性。

关键词： 蚁群算法   车间调度   状态转移规则   信息素更新  

摘要： 随着全球制造业逐渐向智能制造方向发展,生产调度问题成为现代企业实现先进制造技术的关键内容,相比于传统的作业车间调度问题(Job-shop Scheduling Problem,JSP),柔性作业车间调度问题(Flexible Job-shop Scheduling Problem,FJSP)更加符合生产车间的实际情况,近年来已成为学术界和工程领域的研究热点。针对蚁群算法(Ant Colony Optimization,ACO)在求解柔性作业车间调度问题时存在的全局寻优能力弱和收敛速度慢等问题,本文通过分析蚁群算法的特点对其做出改进。首先设计一种机器选择策略,将每道工序的可加工机器基于加工时间进行优先级划分,以不同概率进行选择,从而保证初始解的质量,改善算法的全局寻优效果。之后根据蚁群算法阶段性的特点,提出阶段式的状态转移规则来改变蚂蚁的选择状态,初始阶段以随机搜索的方式降低算法陷入局部最优的可能性;当初始解的丰富度达到一定程度后,触发正反馈机制,使算法开始朝着最优解的方向进化;经多次迭代后,以贪心搜索的方式加快算法在后期的收敛速度,提高执行效率。此外,结合局部信息素更新和全局信息素更新两种方式来扩大算法的搜索空间,借鉴最大最小蚂蚁系统(Max-Min Ant System,MMAS)的思想,在每条路径上设置信息素浓度的最大值与最小值,控制先验知识对蚂蚁的启发性,保证蚂蚁对最优解探索的可能性。最后建立蚁群算法求解柔性作业车间调度问题的数学模型,选择最小化最大完工时间、瓶颈机器负荷和总机器负荷作为求解目标。通过对经典算例的实验仿真,并与其他类似改进的文献研究结果比较分析,验证了新算法的可行性与优越性,并为某制造型企业设计开发出一套柔性作业调度系统,将改进的蚁群算法应用于其中,验证了新算法在实际应用中的可行性。

关键词： 通用航空动力机械   斜盘发动机   机械设计   动力学仿真  

摘要： 当前我国通用航空注册飞机不足5000架,发展规模仅为南非的1/6,而全世界具有近40万架服役中的通用航空飞机;《中国制造2025》明确了发展航空航天装备领域的战略地位,随着国家经济的持续增长和众多国家层面的政策支持,我国的通航产业和市场迎来了巨大的发展机遇。目前服役的通航飞行器约有80%装备了活塞式发动机,基于其结构完善、技术高度成熟、制造及维护成本低等优势,其在轻小型航空器中将长期应用,且仍然具有巨大的发展潜力。区别于一般车载活塞发动机,适用于通用航空领域的发动机需要适应更复杂多样的环境考验,同时也具有更加严苛的体积及质量限制。本文讨论的斜盘式活塞发动机相较于传统的曲柄连杆机构具有结构紧凑、功率质量比大、功率密度高等优势,这恰好是衡量航空发动机的核心指标。同时起源于鱼雷发动机的斜盘式动力机械能够运行于各种复杂而恶劣的工况,使得其具有提升航空活塞发动机紧凑性和功重比的巨大发展前景。在重庆市科技局技术创新与应用发展专项重点项目“高功重比轻型共轴航空活塞发动机研发与应用”(cstc2019jscx-fxyd X0028)支持下,本文旨在讨论斜盘发动机主要机构的参数设计原理和优化方向,并改进斜盘发动机各子系统的结构及各系统间的布置形式。立足于项目所要求的各项性能参数,一方面,从摆盘机构的数学模型及结构切入,在尽可能提高功率质量比,缩小斜盘发动机空间尺寸的前提下,利用多体动力学平台ADAMS对多组虚拟试验样本进行仿真分析,对摆盘机构主要设计参数的取值范围进行研究和讨论。另一方面,研究和探索约束机构及配气机构的结构形式和组合方式,对斜盘发动机的这两大子系统进行有效的精简和重新设计,在不影响其功能性的前提下获得一个结构极简、布置紧凑、有效约束、稳定传动、可靠配气的章动齿轮机构,使其兼顾约束和配气两大功能。此外,本文对曲柄连杆机构缸内气体压力模型与摆盘机构缸压模型之间的转换关系进行研究和讨论,得到适用于摆盘机构的静力学数学模型,并应用于该机构的强度参数设计中。本文所设计的新型斜盘发动机是基于以上各项理论模型和仿真分析的一次初步尝试,为斜盘式动力机械向通用航空领域的发展提供一种可能性,也为斜盘式活塞发动机子系统的优化、设计和整合提供一种解决方案和技术路线,同时也归纳出一套较为完整斜盘发动机的设计方法。其主要的特点是将约束机构与配气系统集成,不仅减小发动机的体积和质量,带来功重比的提高,同时制造简单,现有技术能够良好地满足其工艺要求。其零部件设计、制造标准、技术成熟,可实现批量生产。章动齿轮副还具有良好的互换性、优异的转速和抗振性能,能够保证系统可靠运转。特别地,类似的结构同样适用于其它缸体呈中心对称的动力机械中;其具有体积小、质量轻以及少齿数差可实现大减速比的特点,可大幅减少动力机械体积,减小布置难度。本文为小型航空器的发动机指明一个探索方向,即使用一套轴向布置的动力装置,其包括但不限于发动机本身,相关传动机构均应当考虑在内,类似的布置方式能够明显地减小整机的迎风面积,进一步直观地提高搭载航空器的气动效率。但该结构方案未经过工程样机的开发和测试,故对于其实际的工程应用还需要基于其理论模型进一步开发和验证。